基于中間件的政務信息管理與共享交換平臺研究

徐 斌，李 琳，鐘 珞

(1.武漢市信息中心 政務網(wǎng)絡部，湖北 武漢 430014；2.武漢理工大學 計算機學院，湖北 武漢 430070)

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基于中間件的政務信息管理與共享交換平臺研究

徐 斌1，李 琳2，鐘 珞2

(1.武漢市信息中心 政務網(wǎng)絡部，湖北 武漢 430014；2.武漢理工大學 計算機學院，湖北 武漢 430070)

為解決政府各部門電子政務數(shù)據(jù)共享交換與管理缺乏統(tǒng)一標準、網(wǎng)絡缺乏橫向連接、業(yè)務專網(wǎng)整合不夠、大量信息化資源閑置等問題，實現(xiàn)跨部門政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換，構(gòu)建了從數(shù)據(jù)采集、傳輸、標準化、清洗比對等一系列中間件建設政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺，并通過中間件封裝出平臺服務API，支持數(shù)據(jù)共享交換和應用的協(xié)同，滿足異構(gòu)系統(tǒng)間通信和可靠、高效、實時的跨平臺數(shù)據(jù)傳輸，能夠有效支撐“互聯(lián)網(wǎng)+政務服務”的建設工作。

電子政務數(shù)據(jù)；信息管理；共享交換；中間件；軟件架構(gòu)

建成跨部門政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺，是國務院印發(fā)的《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》中明確提出的任務目標，也是網(wǎng)絡安全與信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃的組成內(nèi)容。跨部門數(shù)據(jù)共享的解決辦法通常有兩種，一種為網(wǎng)狀模式，是部門直接通過數(shù)據(jù)交換接口聯(lián)接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；另一種為星型模式，該模式有兩種常見的解決辦法，①中心數(shù)據(jù)庫策略，即將各部門信息集中到中心數(shù)據(jù)庫中，中心數(shù)據(jù)庫隨著各部門數(shù)據(jù)庫的更新而更新，對數(shù)據(jù)的所有操作都直接在中心數(shù)據(jù)庫上進行。②基于中間件模式，指各業(yè)務應用系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交換中間件來進行數(shù)據(jù)交換[1-2]?？紤]到充分利舊節(jié)省投資，開發(fā)快捷，部署方便，在武漢市政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺的建設過程中，充分利用了中間件技術(shù)。

1 政務信息管理與共享交換平臺架構(gòu)

圖1 政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺

政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺由橋接、前置、傳輸和管理等子系統(tǒng)組成[3-7]，如圖1所示。為避免過度侵入部門業(yè)務系統(tǒng),保證各部門業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全，橋接子系統(tǒng)將各部門業(yè)務數(shù)據(jù)推送部署于各自的前置機的數(shù)據(jù)庫中，管理子系統(tǒng)負責對信息交換和傳輸進行控制并提供可視化的配置管理，傳輸子系統(tǒng)按照管理子系統(tǒng)配置的交換策略將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)需求方。

2 平臺主要功能設計

政務信息管理與數(shù)據(jù)交換平臺由前置交換區(qū)管理配置系統(tǒng)、交換傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)清洗比對整合系統(tǒng)3個主要系統(tǒng)組成,而前置交換區(qū)管理配置系統(tǒng)又由前置交換數(shù)據(jù)庫、交換橋接子系統(tǒng)和應用適配器系統(tǒng)構(gòu)成[8]。

2.1 前置交換區(qū)管理配置系統(tǒng)

為保證部門業(yè)務數(shù)據(jù)庫和業(yè)務應用系統(tǒng)的獨立性，將市政務數(shù)據(jù)中心機房部署的前置交換機群虛擬化統(tǒng)一管控，給每個數(shù)據(jù)源部門分配一臺虛擬前置機，交換前置機群與部門業(yè)務應用系統(tǒng)之間保持物理隔離[9-12]。將前置交換信息庫部署到數(shù)據(jù)資源部門所屬的虛擬前置機上，同時接入橋接子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)和接口適配器等，實現(xiàn)交換配置信息管理和數(shù)據(jù)的交互。

2.1.1 前置交換數(shù)據(jù)庫

前置交換數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)源部門業(yè)務數(shù)據(jù)和政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺的共享交換庫之間信息交互的數(shù)據(jù)庫，包括發(fā)送數(shù)據(jù)庫和接收數(shù)據(jù)庫。

(1)發(fā)送數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)源部門將需要共享交換的數(shù)據(jù)抽取出來推送到部門前置機，該數(shù)據(jù)臨時存儲在發(fā)送數(shù)據(jù)庫中，等待應用適配器子系統(tǒng)將其發(fā)送到傳輸子系統(tǒng)，一旦發(fā)送完畢，這些數(shù)據(jù)將被清空。

(2)接收數(shù)據(jù)庫。接收數(shù)據(jù)庫部署在數(shù)據(jù)源部門前置機，存儲來自于政務信息管理與數(shù)據(jù)交換平臺共享數(shù)據(jù)庫按需推送回來的新鮮數(shù)據(jù)和經(jīng)過清洗比對后質(zhì)量存在問題或不準確的反饋數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)被相關(guān)應用系統(tǒng)讀取處理后，即將接收數(shù)據(jù)庫清空。

2.1.2 交換橋接子系統(tǒng)

交換橋接子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)源部門業(yè)務數(shù)據(jù)庫與其前置交換數(shù)據(jù)庫間的雙向交換通道接口，能夠高效地對前置交換數(shù)據(jù)庫中的增量數(shù)據(jù)進行自動識別，并自動與交換子系統(tǒng)通信完成數(shù)據(jù)交換，提高信息交換效率[13-15]。橋接子系統(tǒng)的部署因數(shù)據(jù)源業(yè)務系統(tǒng)所處網(wǎng)絡環(huán)境不同而有所差別。

(1)物理隔離條件下的橋接系統(tǒng)。與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離條件下的橋接子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。適配器1從業(yè)務庫中提取數(shù)據(jù)生成XML文件，通過網(wǎng)閘擺渡后由適配器2從網(wǎng)閘指定的目錄中提取XML文件進行轉(zhuǎn)換并保存到交換庫中。

圖2 物理隔離條件下的橋接子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 邏輯隔離條件下的橋接子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(2)邏輯隔離條件下的橋接子系統(tǒng)。與互聯(lián)網(wǎng)邏輯隔離條件下的橋接子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。防火墻允許設定好的文件格式從內(nèi)部到外部單向通過，適配器從業(yè)務庫中提取數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換并保存到交換庫中。

2.1.3 應用適配器系統(tǒng)

應用適配器系統(tǒng)封裝了應用系統(tǒng)與平臺連接、信息的提取、校驗、加密、打包和傳輸?shù)裙δ躘16]，同時提供應用開發(fā)接口以適應異構(gòu)應用系統(tǒng)連接的需求，通過平臺的配置管理實現(xiàn)和應用系統(tǒng)的連接，提高開發(fā)效率。具體包括:

(1)數(shù)據(jù)源組件。負責提取或接收應用數(shù)據(jù)，從功能上劃分為數(shù)據(jù)庫組件、文件組件和目錄組件等，支持目前所有已知的數(shù)據(jù)庫和SQL語句，支持XML格式文件和正則表達式[17]。

(2)數(shù)據(jù)通道組件。負責對交互的數(shù)據(jù)進行處理，包括對交互數(shù)據(jù)的校驗、編碼打包和加解密等。

2.2 交換傳輸系統(tǒng)

交換傳輸系統(tǒng)是平臺的核心，可實現(xiàn)信息交換過程中的路由策略、分發(fā)、流程定義，以松耦合的架構(gòu)整合跨部門應用系統(tǒng)。具備數(shù)據(jù)加密和傳輸、消息的映射、協(xié)議轉(zhuǎn)換、服務API封裝、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)訪問、可靠傳輸、安全認證、資源訪問控制和遠程監(jiān)控管理等功能[18]。

2.3 數(shù)據(jù)清洗比對整合系統(tǒng)

數(shù)據(jù)清洗比對整合系統(tǒng)按照預置的數(shù)據(jù)比對清洗算法，完成對平臺接收數(shù)據(jù)的準確性和完整性校驗，將通過比對清洗后的數(shù)據(jù)入庫，保證平臺共享交換庫存儲數(shù)據(jù)的準確性和新鮮度。數(shù)據(jù)比對整合系統(tǒng)可自動執(zhí)行數(shù)據(jù)清洗流程，并定時將清洗后數(shù)據(jù)寫入共享交換庫，同時將問題數(shù)據(jù)推回數(shù)據(jù)源部門核對處理[19-20]。上述流程也可通過人工觸發(fā)。數(shù)據(jù)比對整合的流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)比對整合流程

圖5 MLP多層感知簡單模型

數(shù)據(jù)在比對整合過程中，采用MLP多層感知預測(也叫ANN人工神經(jīng)網(wǎng)絡)算法。MLP模型可簡化為3層結(jié)構(gòu)，即輸入層、輸出層和中間層。最底層是輸入層，中間層是隱藏層，最后是輸出層[21]。層與層之間是全連接的，如圖5所示。假設輸入層用向量X表示，則中間層的輸出就是f(W1X+b1)，W1為權(quán)重(也叫連接系數(shù))，b1為偏置；中間層到輸出層可以看成是一個多類別的邏輯回歸，即softmax回歸，所以輸出層的輸出就是softmax(W2X1+b2)，X1表示隱藏層的輸出f(W1X+b1)。

MLP多層感知預測算法的部分偽碼如下：

//定義中間層的類：中間層的輸入即input，輸出output為softmax。輸入層與隱藏層是全連接的。

classHiddenLayer(object):

def _init_(self, rng, input, n_in, n_out,W=None,b=None, activation=T.tanh);

//中間層的輸出

lin_output = T.dot(input, self.W) + self.b

self.output = (

lin_output if activation is None ;

else activation(lin_output) ;

)

//3層的MLP模型

class MLP(object):

def _init_(self, rng, input, n_in, n_hidden, n_out):

self.hiddenLayer = HiddenLayer(

rng=rng,

input=input,

n_in=n_in,

n_out=n_hidden,

activation=T.tanh

)

//誤差

self.errors = self.logRegressionLayer.errors

//MLP的參數(shù)

self.params = self.hiddenLayer.params + self.logRegressionLayer.params

# end-snippet-3

3 政務信息管理與數(shù)據(jù)交換安全策略

政務數(shù)據(jù)的共享和交換需要優(yōu)先考慮并加強信息安全的保護，平臺上進行共享交換的信息必須進行脫敏處理，該平臺主要采取以下安全策略：

(1)訪問權(quán)限控制。平臺采用分級權(quán)限控制，給每個用戶分別授予不同的權(quán)限，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源的保護。

(2)交換過程的安全保障。采用電子印戳等技術(shù)手段防止數(shù)據(jù)在交換過程中被非法篡改，同時提供數(shù)據(jù)的訪問和使用跟蹤日志數(shù)據(jù)的分析功能。

(3)傳輸過程中的安全保障。政務數(shù)據(jù)共享交換平臺部署在市電子政務外網(wǎng)，與互聯(lián)網(wǎng)邏輯隔離，共享交換數(shù)據(jù)通過電子政務外網(wǎng)傳輸，傳輸過程安全能夠得到保證[22]。

(4)數(shù)據(jù)分類管理。對平臺共享數(shù)據(jù)嚴格進行分類管理，對涉及商業(yè)機密和個人隱私的數(shù)據(jù)共享需求只提供驗證API，不開放數(shù)據(jù)API，做到只使用數(shù)據(jù)，不查看數(shù)據(jù)。

4 比較分析

中間件作為基礎軟件的重要組成部分，已廣泛應用于信息化項目建設中，節(jié)省了大量的人力、物力，筆者基于中間件構(gòu)造的政務數(shù)據(jù)共享交換平臺，與基于其他技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)交換產(chǎn)品相比，具有結(jié)構(gòu)可靠、開發(fā)接口豐富、使用方便、性能突出、配置靈活、部署方便可移植等優(yōu)點。開發(fā)數(shù)據(jù)共享交換平臺幾種常見的中間件技術(shù)相關(guān)性比較如表1所示。

5 結(jié)論

筆者基于中間件技術(shù)構(gòu)建并集成了網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳輸、比對清洗等環(huán)節(jié)多種中間件建設政務信息管理與數(shù)據(jù)共享交換平臺，實現(xiàn)了從政務信息管理、訪問數(shù)據(jù)源、標準轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)寫入全過程的封裝，具備部署方便、可移植的特點，能夠可靠地實現(xiàn)政府各部門異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互換和共享，并給出了數(shù)據(jù)清洗比對和多交換域管理的優(yōu)化算法。筆者方法能有效提升系統(tǒng)性能，節(jié)省建設時間和資金，對我市當前建設智慧型服務政府提供全面支撐，也能夠?qū)窈箝_發(fā)類似平臺提供有益借鑒。

表1 相關(guān)性比較

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XU Bin:Engineer; Government Network Department, Information Center of Wuhan, Wuhan 430014, China.

Research on Government Information Management and Sharing Platform Based on Middleware

XU Bin, LI Lin, ZHONG Luo

In order to solve the sharing and management of government departments lack of unified standard of e-government data network, lack of horizontal connection, business network integration is not enough, a large number of information resources are idle, and to realize cross-sectoral administrative information management and data sharing, this paper constructs a series of middleware from data acquisition, transmission, standardization, and cleaning comparison. This method can realize reliable, efficient, real-time cross platform data transmission in distributed system. Through the middleware package of API service platform, support data sharing and collaborative exchange application, it can support the construction of “Internet + government services”effectively.

e-government data; information management; sharing and exchange; middleware; software architecture

2095-3852(2017)03-0334-04

A

2016-12-09.

徐斌(1982-),男,湖北黃岡人，武漢市信息中心政務網(wǎng)絡部工程師，主要研究方向為政務信息管理、政務大數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)架構(gòu)和電子政務.

國家自然科學基金項目(61003130)；國家科技支持計劃基金項目(2012BAH33F03)；湖北省自然科學基金項目(2015CFB525)；武漢市科技創(chuàng)新團隊基金項目(201307020402005).

TN948.61

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.03.018